Por volta de 1085 DC, ao longo da borda sul do elevado planalto do Colorado no norte do Arizona, um vulcão entrou em erupção, mudando para sempre as fortunas antigas de Puebloan e toda a vida nas proximidades. Entre os cerca de 600 vulcões que pontuam a paisagem dos campos vulcânicos de São Francisco, este explodiu. Foi a primeira (e última) erupção do que veio a ser conhecido como Sunset Crater, apropriadamente nomeado por seu multi-matiz, 1, Cone de concreto de 000 pés de altura.

Hoje, A cientista da Escola de Exploração Terrestre e Espacial da ASU, Amanda Clarke, e sua equipe têm trabalhado para resolver a misteriosa causa da erupção da Cratera Sunset e quaisquer lições aprendidas para entender melhor as ameaças que vulcões semelhantes podem representar ao redor do mundo hoje.

"Isso é uma coisa comum na vulcanologia, reconstruir erupções anteriores para tentar entender o que o vulcão ou região pode fazer no futuro, "disse Clarke." Fizemos o trabalho de campo e combinamos dados de um estudo anterior e usamos algumas técnicas modernas para montar a história. "

Trabalhando ao lado de vários colaboradores, eles mapearam meticulosamente cada fissura, depósito de erupção, e o antigo fluxo de lava da cratera do pôr do sol para reconstruir os padrões completos de respingos e as composições geoquímicas de todos os materiais ejetados, ou tephra, da erupção.

Um passado explosivo

"Quando você visita o site, existem esses fluxos de lava que são óbvios, mas também este grande cobertor de tefra que se estende muito além do próprio edifício vulcânico, muito além do respiradouro, "disse Clarke." Meu interesse foi despertado pela primeira vez quando aprendi em uma viagem de campo há muitos anos com o ex-professor da ASU Stephen Self, aquela cratera do pôr do sol teve um passado explosivo. "

Em um estudo anterior, O grupo de Clarke mostrou pela primeira vez que a atividade vulcânica se desenvolveu em sete ou oito fases distintas:fases de fissura inicial, seguido por fases altamente explosivas, e finalmente, baixa explosividade, fases minguantes. "Não está claro como isso acontece, mas eventualmente, a erupção se estabeleceu neste único oleoduto para a superfície, e é aí que grande parte do nosso trabalho pega a história, "disse Clarke.

Em vários pontos durante a fase explosiva, o céu estava cheio de basáltico, cinzas de cinzas de até 20 a 30 km de altura, tornando-a uma das erupções vulcânicas mais explosivas desse tipo já documentadas no mundo.

"Pessoas em Winslow [100 km de distância] teriam sido capazes de ver, "disse Clarke. Para dar uma ideia do tamanho da erupção, eles mediram o volume total do material da erupção, ou 0,52 km ³ equivalente de rocha densa (DRE) - que, por comparação, acabou por ser semelhante ao volume da infame erupção do Monte St. Helens em 1980. "

Era muito semelhante ao Monte Santa Helena em termos de altura e volume, "disse Clarke." Você acha que essas coisas que são cones de cinza vão ser algo como Stromboli na Itália - uma fonte de fogo de algumas centenas de metros e as pessoas podem ser capazes de assisti-la de seu terraço - mas essa fase de pico era St. . Escala de Helens. "

Magma misterioso

Mas quanto ao motivo da erupção, que permaneceu um mistério, até agora. "A questão científica é como esses magmas mais líquidos se comportam como magmas viscosos, "disse Clarke. O estudo, publicado no jornal Nature Communications foi resultado de uma colaboração entre a SESE Ph.D. alumna Chelsea Allison (agora na Cornell University) e o cientista pesquisador Kurt Roggensack. "Chelsea era um estudante de pós-graduação que fez algumas análises inovadoras e Kurt tem esse conhecimento em petrologia e em análises mais em pequena escala, enquanto eu sou mais um vulcanologista físico; então foi aí que nos reunimos, "disse Clarke.

Medindo os fatores que levaram à erupção da Cratera Sunset 1, 000 anos depois é uma tarefa extremamente difícil porque os gases que compõem o magma geralmente escapam para o céu durante a erupção, perdido para sempre no tempo. Mas para reconstruir melhor o passado, o grupo tirou proveito de extensas microanálises das menores bolhas e bolhas que são a melhor representação da composição do magma da cratera do pôr do sol antes da erupção, conhecido como inclusões de fusão. Roggensack é reconhecido como um especialista mundial em análise inovadora de inclusão de fusão, especialmente em magmas basálticos.

Quão minúsculo? As inclusões derretidas têm menos de um milésimo de polegada de diâmetro. Eles ficam embutidos no tempo dentro de cristais crescentes do sistema de encanamento de magma que se forma antes da erupção do vulcão. "Eles foram liberados do magma na explosão, "disse Clarke.

Eles são como efervescentes, mistura de refrigerante de gás aprisionado, congelados no tempo a partir do magma circundante à medida que se cristalizam, ainda capaz de revelar a composição do gás e a história secreta de uma erupção há muito tempo.

Pense na cratera basáltica do pôr-do-sol tendo mais consistência de xarope de bordo do que a variedade de manteiga de amendoim do magma riolito do Monte Santa Helena. "Esses são magmas viscosos que podem conter muita água, "disse Clarke.

Quais foram as condições e ingredientes que poderiam levar à erupção da cratera Sunset?

"Isso leva às grandes questões de qual é o conteúdo volátil do magma, porque isso vai controlar a explosividade, "disse Clarke." Para responder às perguntas, você tem que cavar fundo no sistema de encanamento, e foi isso que fizemos. "

O grupo de Clarke está entre os primeiros a mostrar a importância do dióxido de carbono nas erupções vulcânicas, em parte porque não foi uma tarefa fácil de medir. "Achamos que esta erupção poderia ter bombeado uma boa quantidade de dióxido de carbono e também dióxido de enxofre na atmosfera, "disse Clarke.

"A água é geralmente o componente principal [como no Monte Santa Helena], mas o que estamos descobrindo no pôr do sol é que o dióxido de carbono é muito abundante e tende a ser mais crítico na parte mais profunda do sistema para fazer o magma se mover em direção A superfície. Achamos que isso desempenhou um grande papel nisso. E o dióxido de carbono provavelmente está vindo das profundezas do manto, dentro da área de origem. "

As inclusões de fusão (MIs) foram escolhidas especificamente para fornecer uma amostra representativa das características texturais observadas na erupção da Cratera do Pôr do Sol (por exemplo, vários volumes de bolhas, tamanhos e formas). Algumas das ferramentas do comércio usadas foram microscópios para trazer os detalhes de cristalização e formação de bolhas para cada minúscula inclusão de fusão à vida, bem como instrumentos sensíveis para medir a quantidade de voláteis presos no vidro temperado.

"Isso pode nos contar alguns dos detalhes dos últimos momentos do magma antes de ser apagado."

Pequenas bolhas

Usando um espectrômetro Raman customizado na ASU no LeRoy Eyring Center for Solid State Science (LE-CSSS), Chelsea Allison configurou a análise de inclusão de fusão na qual as amostras são primeiro excitadas usando um laser de safira azul. Inclusões de fusão de alta qualidade foram polidas e fotografadas com um microscópio petrográfico em preparação para a análise Raman.

Como uma boneca russa, aninhado dentro do pequeno cristal está esta pequena inclusão derretida (agora vidro), e dentro da inclusão de derretimento está uma bolha, e dentro da bolha está o dióxido de carbono.

"A espectroscopia Raman pode ser usada para medir a densidade do dióxido de carbono, e então a partir do volume e densidade da bolha, você pode usar isso para calcular uma massa, "disse Clarke." Allison teve que fazer todos os tipos de coisas, incluindo a criação de padrões para garantir que o que ela estava medindo era preciso. Ela usou quantidades conhecidas de dióxido de carbono dentro de pequenos tubos de vidro para fazer uma curva de calibração. "

"As pessoas costumavam ignorar as bolhas, pensando que não havia nada importante dentro, mas acontece que era quase todo dióxido de carbono, "disse Clarke." Nós adicionamos esse dióxido de carbono dentro da bolha ao orçamento total de dióxido de carbono do magma. "

"Isso tudo se liga, porque uma vez que você tem os volumes da erupção, e o conteúdo volátil total do magma, você pode começar a entender o quanto foi ejetado na atmosfera, e como isso se parece em comparação com outras erupções. "

Veio do fundo

A fase de gás dióxido de carbono desempenhou um papel crítico na condução da erupção explosiva, com o gás armazenado no magma da Cratera do Pôr do Sol a uma profundidade de 15 km abaixo da superfície.

“Achamos que o magma já estava borbulhando a 15km de profundidade, e isso não é o que as pessoas normalmente pensam sobre os sistemas de magma com esses vulcões. Já foi demonstrado antes que você tem uma fase de bolha. E se você tem um sistema que já é borbulhante e profundo, isso significa que você pode ter uma subida realmente rápida. "

Embora, o impacto do vulcanismo basáltico no sistema atmosférico global é amplamente desconhecido, esse alto teor de dióxido de carbono e enxofre da erupção também pode ter causado um grande impacto na atmosfera no momento da erupção.

Eles também compararam os voláteis magmáticos na Cratera do Pôr do Sol com aqueles em erupções silícicas formadoras de caldeira explosivas, como o Bishop Tuff, para destacar as diferenças em sua abundância e composição. Esta comparação sugere que a fase rica em dióxido de carbono é uma condição pré-eruptiva crítica que leva a erupções basálticas altamente explosivas.

Erupções explosivas de silício, embora ainda muito maior em termos de volume de erupção, são melhores analogias com a dinâmica da erupção da cratera do pôr do sol. Duas dessas erupções históricas, a erupção de 1991 em Pinatubo (Filipinas) e a erupção de 1815 de traquianandesita em Tambora (Indonésia), resultou em impactos atmosféricos profundos.

A erupção do Pinatubo, que teve impacto significativo no clima global por três anos após a erupção, irrompeu 10 vezes a massa do magma (5 km ³ DRE) como Sunset Crater (0,5 km ³ DRE), mas liberou apenas ~ 3 vezes a massa de dióxido de enxofre. A erupção do Tambora foi responsável pelo "ano sem verão", e embora tenha entrado em erupção ~ 60 vezes a massa do magma (30 km ³ DRE) como Sunset Crater, ele liberou apenas cerca de 9 vezes a massa de dióxido de enxofre.

As lições aprendidas com a cratera Sunset e seu tipo de vulcanismo basáltico ainda podem nos informar hoje.

"Agora podemos perguntar, as condições que levaram à erupção da cratera do pôr do sol são realmente incomuns? ", disse Clarke." É comum que vejamos um cone de cinza basáltico que achamos que deveria ser suave, erupção observável se transformou em algo que é muito mais perigoso para aeronaves voando sobre ele ou para as pessoas ao seu redor? Podemos começar a aplicar esses conceitos aos sistemas ativos. "

"E lembre-se, embora a abertura na cratera do pôr do sol não vá entrar em erupção novamente, o campo de São Francisco ainda está ativo. Provavelmente haverá outra erupção lá. Pode ser em qualquer lugar, e provavelmente no setor leste, mas não sabemos onde e quando. Pode ser em uma escala de milhares de anos. "